應(yīng)用分布式流域地下水評價(jià)模型評價(jià)三江平原地下水資源系統(tǒng)摘要：流域系統(tǒng)是相對完整的系統(tǒng)，以流域?yàn)閱卧M(jìn)行水資源綜合管理，有助于理解流域演變的客觀規(guī)律，揭示生態(tài)系統(tǒng)物理過程，提高管理效能。地下水資源系統(tǒng)綜合反映了氣象、地形、人為活動(dòng)的影響。應(yīng)用分布式流域地下水管理模型評價(jià)三江平原地下水資源系統(tǒng)，參數(shù)較少、容易獲取且均具有明確的物理意義，可以有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和輸入因素的成分提取，對地下水系統(tǒng)有較好的解釋能力，利于建模和預(yù)測。實(shí)踐證明，是一種行之有效的方法。關(guān)鍵字：分布式流域地下水評價(jià)三江平原1.引言流域綜合水管理是國際性的普遍趨勢，以流域?yàn)閱卧M(jìn)行綜合管理是實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最佳途徑，這一觀點(diǎn)已成為各國政府和科學(xué)界的共識(shí)。流域綜合水管理是指將水的自然單元作為整體來實(shí)施管理，使決策過程綜合考慮水管理的各方面要素，就流域地下水系統(tǒng)而言，主要包括水資源涵養(yǎng)系統(tǒng)、水資源利用系統(tǒng)、流出系統(tǒng)和水生態(tài)系統(tǒng)，從信息、規(guī)劃、工程三方面進(jìn)行管理[1]。三江平原位于黑龍江省東北部，面積10.88×104km2，水土資源總量比較豐富，適于大規(guī)模的耕作，增產(chǎn)潛力很大，是我國未來糧食安全的重要保障，近年來該區(qū)地下水嚴(yán)重超采，地下水位下降速率達(dá)0.3～0.6m/a，水資源供需矛盾十分突出。地下水系統(tǒng)評價(jià)能夠綜合反映該區(qū)地下水補(bǔ)給、排泄和地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，因此重新評價(jià)三江平原地下水資源系統(tǒng)，合理制定水資源開發(fā)利用方案，有助于逐步實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)良性發(fā)展。撓力河流域地處我國東北邊疆，位于三江平原腹地，地理坐標(biāo)東經(jīng)131°15′20″～134°9′38″，北緯45°43′22″～47°19′24″，是烏蘇里江的一級支流。撓力河流域南部為山區(qū)，高程一般在200～600m左右，北部為平原，高程為55～70m，地形自西南向東北傾斜，由于撓力河沿岸新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用，在松花江階地基礎(chǔ)上，撓力河下切，又發(fā)育了撓力河一級階地，但坡度很小，地勢低平，并有碟形洼地、線形洼地分布，形成崗?fù)菹嚅g、微波狀起伏的地貌形態(tài)，地形比降在1/4000～1/10000左右。目前該區(qū)已成為重要的商品糧基地，現(xiàn)有耕地3.51×104hm2；不同類型自然保護(hù)區(qū)9處，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人們對生態(tài)環(huán)境認(rèn)識(shí)的不斷深化，該地區(qū)的涉水矛盾日益突出，近年來氣候條件和下墊面因素變化較大，重新評估撓力河流域地下水資源，已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一項(xiàng)重要課題。2.基于物理過程分布式地下水資源評價(jià)模型的構(gòu)建2.1模型結(jié)構(gòu)分布式地下水資源評價(jià)模型從水平方向上把流域面分解為若干均勻的柵格單元，在第四系含水層——隔水泥巖——第三系含水層垂直方向上分層實(shí)現(xiàn)氣象、巖性、工農(nóng)業(yè)布局等參數(shù)的空間分布。從宏觀角度來看，撓力河流域應(yīng)該屬于一個(gè)大型的含水層系統(tǒng)。在這個(gè)大型含水層系統(tǒng)內(nèi)，埋藏有第四系松散巖類孔隙水、第三系碎屑巖類孔隙裂隙水和前第四系基巖裂隙水的多個(gè)含水層單位。各含水層之間，在平面上或剖面上相互連接，存在直接或間接的水力聯(lián)系，并共同構(gòu)成區(qū)內(nèi)地下水的儲(chǔ)存空間與徑流通道。根據(jù)流域的含水層結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)將其自上而下分為三層，：淺層含水層組、弱透水層、深層含水層組。模型流程分為兩步：（1）柵格內(nèi)水均衡計(jì)算，確定某一時(shí)段內(nèi)的水量變化；（2）整個(gè)流域水文網(wǎng)的地下水動(dòng)態(tài)計(jì)算。地下水系統(tǒng)的水量總和滿足連續(xù)性原則。采用國際通用的VisualMODFLOW3.1模擬三江平原撓力河流域地下水系統(tǒng)，MODFLOW采用有限差分法對地下水流進(jìn)行數(shù)值模擬。為防止有限單元法在解決非穩(wěn)定的地下水流運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，時(shí)間步長Δt較小的情況，某些單元可能出現(xiàn)的質(zhì)量不守恒，我們采用有限差分法求解，這樣可以避免有限單元法引起的個(gè)別點(diǎn)的水頭反常[3]。實(shí)際情況中這些水頭異常點(diǎn)往往出現(xiàn)在變化較為劇烈的源匯項(xiàng)附近，而這些地方又經(jīng)常是我們重點(diǎn)關(guān)心的地帶。從空間上看，流域地下水流整體上以水平運(yùn)動(dòng)為主、垂向運(yùn)動(dòng)為輔，為了準(zhǔn)確模擬撓力河對淺層地下水的補(bǔ)給量和淺、深層之間的越流量，較真實(shí)地再現(xiàn)撓力河流域地下水動(dòng)力場演變，將研究區(qū)的地下水流作為三維非穩(wěn)定流處理，撓力河流域地下水系統(tǒng)包括孔隙介質(zhì)和裂隙介質(zhì)，為了更好地解決地下水在不同介質(zhì)中的流動(dòng)問題，對研究區(qū)地下水系統(tǒng)按輸入模塊進(jìn)行如下概化：（1）基本模塊考慮研究區(qū)范圍和精度的要求，全區(qū)按照5km×5km正方形網(wǎng)格剖分，40行、45列，共48685個(gè)計(jì)算單元。由于很難獲得研究區(qū)2001年流場分布的資料，考慮5月份為地下水動(dòng)態(tài)變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)[2]，選擇2000年11月1日～2001年4月30日時(shí)段先進(jìn)行穩(wěn)定流計(jì)算，確定枯水期流域地下水流場，結(jié)果作為非穩(wěn)定流計(jì)算的初始條件。模擬時(shí)期為2000年11月到2001年10月，共分為七個(gè)時(shí)段模擬，考慮北方凍土期無蒸發(fā)、入滲，選定2000年11月～2001年4月為第一個(gè)計(jì)算時(shí)段，以后各月以一個(gè)月為一個(gè)時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段內(nèi)包括若干時(shí)間步長，時(shí)間步長為模型自動(dòng)控制，嚴(yán)格控制每次迭代的誤差。一類邊界的水位資料與地下水動(dòng)態(tài)觀測資料同步選取。（2）計(jì)算單元間滲流模塊第四系含水層選擇含水層類型1（LAYCON=1）：這種類型僅用于單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)的最上層，并且該含水層具有潛水含水層的特征；弱透水層既具有承壓含水層性質(zhì)又具有非承壓含水層的性質(zhì)，故選擇含水層類型2（LAYCON=2）處理弱透水層；含水層類型0（LAYCON=0）多用于模擬承壓含水層，與第三系含水層性質(zhì)一致。（3）井流模塊計(jì)算區(qū)域的城鎮(zhèn)開采量、工業(yè)開采量、農(nóng)村生活開采量，按行政分區(qū)和所屬含水層類型分配給指定計(jì)算單元，抽水量不超過該區(qū)的單井最大出水量。厲都（褲4日）邊界模塊對行于淺層含水層船：研究區(qū)東南恢、南、西南部哄是完達(dá)山山麓炎，與外界第四謀系水沒有交換塞，可視為隔水籠邊界；東北、刻北部及西北均丘為流域分水嶺仰，可概化為定歲水頭邊界考慮助。對于深層含忙水層：研究區(qū)蹈深層地下水與滴外界存在一定裳水力聯(lián)系，東仇南、南部、西盤南接受外界徑室流補(bǔ)給，為徑撫流補(bǔ)給邊界；端東北、北部、嫂西北為地下水立排泄邊界。利芹用達(dá)西定律計(jì)島算出邊界流姜量黎,抹然后根據(jù)邊界桂附近的觀測井籃的水位動(dòng)得態(tài)察,幣按時(shí)段調(diào)整邊質(zhì)界流量，以井礎(chǔ)流形式分配給謊邊界計(jì)算單元亭。煮認(rèn)（哭5羊）補(bǔ)給模塊補(bǔ)傻給項(xiàng)包括降水絨、灌溉回滲、雅農(nóng)業(yè)灌溉開采蛛等，各項(xiàng)均換宅算成相應(yīng)分區(qū)圓的開采強(qiáng)度，堡然后分配到相桌應(yīng)的單元格。務(wù)補(bǔ)給方式選擇積第三遍種惡“先假若計(jì)算單元籍上方?jīng)]有定水蘆頭計(jì)算單元，攻補(bǔ)給指定到位亦于最上層的有講效計(jì)算單狗元虎”柜。此雙（而6圍）蒸發(fā)模塊研儀究區(qū)蒸發(fā)非常竭強(qiáng)烈，為地下端水的重要排泄擊途徑。蒸發(fā)量嚼主要與潛水位較埋深、包氣帶樣巖性、地表植校被和氣候因素燕有關(guān)，一般認(rèn)嗎為水位埋深大襲于沖5堤m掃的地區(qū)潛水蒸艷發(fā)很小。潛水禍蒸發(fā)量由下式睛計(jì)算：（1）腔式中：株—剪—輩地下水蒸發(fā)排臥泄量（冶）；走—魚—昏埋深小導(dǎo)于皇5棚m訓(xùn)的平均水位埋選深感（各m驗(yàn)）；裳—貓—蒙地下水蒸發(fā)極搶限埋妥深哄4隆m壺（伸m憤）；駐—棚—存地下水位埋深烘小嫩于紫5口m裙的區(qū)域面積嗓（盞10臟4顫m戰(zhàn)2滴）；喇—航—攤地下水蒸發(fā)強(qiáng)庸度諷（久mm/蘇a夕）（自然水體過水面蒸發(fā)強(qiáng)度砍即實(shí)際水面蒸師發(fā)強(qiáng)度，為蒸淺發(fā)皿測得蒸發(fā)肢強(qiáng)度盟的袖60研%雞）；該—杯—惕與巖性有關(guān)的肉指數(shù)（粉土、州粉質(zhì)粘土尸取鳳1.更5衡，粉砂幼取得1.路0陳）。歐苦重2.砌2較模型校正與結(jié)碗果分析衡筍慣2.2.享1蓮水文地質(zhì)參數(shù)墊根據(jù)前述腰水文地質(zhì)條件衛(wèi)，將潛水含水廈層分愿為姻4搶個(gè)區(qū)，主要的店水文地質(zhì)參數(shù)漁有：淺層含水荒層的滲透系數(shù)政和包氣帶的給巾水度（濾圖齒1門），水文地質(zhì)飽分區(qū)底圖利震用龍Arcinf蓋o8.帥3恥制作，便于最明大精度控制各貪分區(qū)面積。羨圖轉(zhuǎn)1.限返撓力河流域第徹四系水文地質(zhì)虎參數(shù)分區(qū)圖起Figure斬1.Hyd愉rologi返calpa客ramete灰rsuba筑reaof切Naoli等hebas養(yǎng)inQua兆ternar暢ygrou冊ndwate沙r境深層由于研究復(fù)程度低，本研稿究只粗略分區(qū)羨，主要的水文湖地質(zhì)參數(shù)有：竄滲透系數(shù)、釋詠水系數(shù)（飄圖核2仇）。各區(qū)的水天文地質(zhì)參數(shù)初哥值主要參考有潮關(guān)的水文地質(zhì)眨報(bào)告。艷圖圓2.煩哄深層含水層水策文地質(zhì)參數(shù)分劫區(qū)諒Figure蕉2.Hyd海rologi凡calpa號ramete桂rsuba鏟reaof資Naoli遭hebas割inTer穿tiary釘ground夠water漁妄尖2.2.猶2咸模型校正由于歐研究區(qū)面積大姓，有些地方的兼研究程度較低脈，故模型不可微能準(zhǔn)確刻畫出壁研究區(qū)的地下成水流系統(tǒng)，模疑型的識(shí)別和檢靠驗(yàn)主要遵循以禍下原則虹：簽①符模擬的地下水中流場要與實(shí)際察地下水流場基嬸本一致，即要耀求地下水模擬破等值線與實(shí)測擁地下水位等值尚線形狀相似侮；女②躁模擬地下水的賭動(dòng)態(tài)過程要與探實(shí)測的動(dòng)態(tài)過謝程基本相似，皂即要求模擬與蘆實(shí)際地下水過頁程線形狀相似褲；慢③爭從均衡的角度牢出發(fā)，模擬的錯(cuò)地下水均衡變交化與實(shí)際要基糞本相符庫；刮④歇識(shí)別的水文地單質(zhì)參數(shù)要符合它實(shí)際水文地質(zhì)慚條件。采用試孤估－校正法間孝接反演參數(shù)，褲識(shí)別后的水文棉地質(zhì)參數(shù)見極表倒1術(shù)。拘表根1吉拔研究區(qū)模擬模艷型識(shí)別后水文畫地質(zhì)參姜數(shù)每Table1算.Simul蜂atedm綿odelr念ecogni里zedhy球drolog念icalp嘴aramet押er暈淺層含水層霉深層含水層圍分區(qū)括滲透系曉數(shù)寇k建x粱、筋k耍y攔（柿m/擁d黎）鋤給水度爸分區(qū)臂滲透系娛數(shù)喜k注x苦、娃k餡y廳（婦m/渣d膀）底彈性釋水系數(shù)允1狂35秩0.25宣1閃15故0.0004伏6們2匆20詠0.21革2屑10俘0.0003惑1退3棉10藏0.14針3撞5扯0.0002帶7西4德7鬼0.07倒弱透水層曉0.01檔0.001例注：垂向忘滲透系目數(shù)窯k吹z泊=0.1抖×長水平滲透系犯數(shù)狐k具x褲/k守y忘計(jì)算與觀儀測水頭圖提供約根據(jù)模型結(jié)果稠得出的觀測數(shù)燈據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)戚之間擬合程度油的圖形描述，自表明模型模擬早研究區(qū)水文地遙質(zhì)條件的程度疤。弱圖振3.喬亦觀測水位與計(jì)影算水位擬合圖處Figure趕3.Cal別culate泳dhead次vs.o申bserve毛dhead吉模型平均暖殘溜差屑16.953擾m竟，標(biāo)準(zhǔn)誤涂差愁2.745需m珍，觀測值與計(jì)左算值誤差慘在藏±9楚5躁％置信區(qū)間占墊總觀測井礙的識(shí)89.5戲5惱％，相關(guān)系亞數(shù)灰0.96賄2灘，模型識(shí)別和肺檢驗(yàn)結(jié)果證明堵所建立的數(shù)學(xué)眉模型、邊界條洞件、水文地質(zhì)掛參數(shù)和源匯項(xiàng)硬的確定都是符拉合實(shí)際情況的掩。富3砌.悲流域地下水系槽統(tǒng)分析罩從全區(qū)均姨衡計(jì)算結(jié)果來雷看遙，氧200轉(zhuǎn)1核年上游地區(qū)為狐枯水年向濕潤性年的過渡，中庸下游地區(qū)為枯攻水年向平水年添過渡，整個(gè)地省下水系統(tǒng)是負(fù)車均衡，為歷。流域地下水化位比常年下軟降所0.4啦m叛，具體流場分范布詳見浩圖作4倍。情圖莊4.200己1痕年士1犁0背月?lián)狭恿饔虬恋谒南盗鲌鰣D4.結(jié)語帽本文研究所建遭立的流域基于忌物理過程的分共布式地下水管楚理模型參數(shù)較甘少、容易獲取屋且均具有明確顛的物理意義。汪利用該模型較毫好地解決了孔忘隙、裂隙水并摸存地區(qū)的地下支水模擬問題，筍能模擬降雨、征地形、蒸發(fā)、蹦人類活動(dòng)對地尺下水系統(tǒng)水文度過程的影響，攪綜合考慮研究啄區(qū)第四系和第密三系地下水資櫻源，通過改變搬模型中降雨補(bǔ)拴給、蒸發(fā)強(qiáng)度販及開采量可以餡探討未來流域樹水文過程對降后雨、蒸發(fā)和人枯類活動(dòng)的響應(yīng)豎?；谖锢磉^返程分布式參數(shù)息的流域地下水搞模型側(cè)重于對嗓地下水水文過四程本身的物理菊描述，進(jìn)而可父以用來模擬和欄預(yù)測水資源利炮用發(fā)展變化對奇水文過程的影州響，為實(shí)現(xiàn)流園域可持續(xù)管理相提供有力的依率據(jù)。參考文獻(xiàn)派[1]事寸余新摸曉盼,玩程根方偉卷,丸趙玉濤捏等思.適盆